一种能动态料封的抗结焦旋风分离器

技术领域

本发明属于高温热解气气固分离技术领域，具体涉及一种能动态料封的抗结焦旋风分离器。

背景技术

热解技术的研发与利用有很长的历史，近年来受到广泛重视，但目前规模化运行的工程案例较少，其中限制热解技术推广的一项技术难题是高温热解气除尘问题。热解过程中产生的热解气具有高温、含油、含腐蚀性、易燃易爆等特点，高温热解气成分复杂，易产生析碳和结焦问题，与空气混合也会产生爆炸危险。

目前用于热解气除尘的技术主要有旋风除尘技术、静电除尘技术、金属过滤材料除尘技术等，其中旋风除尘技术应用最为广泛。旋风分离器是用于气固分离的一种设备，工作原理为靠含尘气体切向引入造成的旋转运动，使具有较大惯性离心力的灰尘甩向外壁面分开，是工业上应用很广泛的一种分离设备。

利用现有旋风分离器进行对高温热解气进行气固分离时，料腿处没有绝氧密封的环境，空气很容易从料腿进入旋风分离器内部，不仅会造成旋风分离器分离效率下降，而且会引入空气与热解气混合造成危险。同时，粉尘会在旋风分离器中心管的外壁进行沉积，与油雾会在长期高温反应下发生结焦反应，一定时间后会在壁上形成很大的焦块，当操作条件有波动时，结焦的焦块就会脱落堵塞料腿，造成旋风分离器失效。

因此，需要提供一种旋风分离器，在保证物料顺畅流动的情况下，实现动态料封，提供绝氧或缺氧的环境，防止空气进入旋风分离器内部，同时能够防止粉尘在旋风分离器中心管外壁结焦，可以恶劣工况下长周期、高效率、安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能动态料封的抗结焦旋风分离器，通过分离器的料封来实现绝氧或缺氧的需求，同时能够减少分离器中心管外壁的结焦，可以在高温高腐蚀及强磨损等恶劣工况下长周期、高效率、安全稳定运行。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种能动态料封的抗结焦旋风分离器，包括进料口、筒体、锥体、储料仓、料腿、下料控制器、中心管、称重传感器、电控系统、破拱助流清堵器。

所述进料口形状可为圆形、梯形或矩形。进料口与筒体为切向连接，高温含尘热解气从进料口切向进入筒体内部，在筒体内部产生外涡流。外涡流是以螺旋模式从筒体的顶部沿锥形渐缩部分到锥体的底部处的窄端区域旋转的高速气体流动。高温热解气中的含尘颗粒捕集于此，借助重力作用高温物料落入储料仓，洁净热解气产生内涡流，向上流动并通过布置在筒体的顶部处的中心管，离开旋风分离器。内涡流布置在外涡流内并与外涡流同轴。

所述筒体为一圆柱形筒体，带有上顶盖，材质为碳钢，筒体内径为D，高度为(3-3.5)D，厚度为8-10mm。较大的高径比增加了含尘气流在筒体内的停留时间和旋转次数，不仅提高了旋风分离器的分离效率，而且使储料仓内的返混气流在上升过程中起到二次再分离的效果。

所述锥体为圆锥型筒体，材质为碳钢，厚度为8-10mm，锥体与筒体通过碳钢法兰相连接。

所述储料仓包括一个圆柱形筒体和圆锥形筒体，材质为碳钢，厚度为8-10mm，与锥体焊接连接。如果没有储料仓，在操作条件波动时，料腿内物料流动不稳定，容易被磨穿，物料返混至锥体内，导致旋风分离器效率下降，同时料封被破坏，达不到绝氧或缺氧环境。而储料仓储存的物料具有一定的缓冲调节作用，当旋风分离器因操作条件波动暂时没有物料下落到储料仓时，储料仓内储存的物料可以在下料控制器处于正常开度时，持续下落流动5-10分钟，使料腿内的料位保持相对稳定，在提高旋风分离器效率的同时，保持旋风分离器运行的稳定性。

所述料腿为圆管，材质为碳钢，厚度为8-10mm，与储料仓焊接连接。料腿的长度为3-5m，可以通过料腿内物料的料封实现绝氧或缺氧环境。

所述筒体、锥体、储料仓和料腿的内壁均设有衬里。衬里结构分为三层，最外层(工作层)配置材料为耐磨浇注料，厚度130-150mm；中间层配置材料为轻质浇注料，厚度60-90mm；最内层配置材料为硅酸铝纤维板，厚度60-90mm。由于热解气中含有氯化氢等腐蚀性气体，在设计过程中，通过调节衬里不同材料的厚度，使筒体、锥体、储料仓和料腿的表面温度控制在氯化氢露点温度以上20℃，可以减少腐蚀性气体对旋风分离器的腐蚀，提高旋风分离器的耐磨性，增加运行周期。

所述中心管为圆管，材质310S不锈钢，直径为(0.4-0.6)D，位于筒体的上顶盖中心处，插入上顶盖深度为(0.5-1)D，与筒体同轴设置。中心管的外壁有3-5片平行的螺旋叶片，叶片的宽度为(0.05-0.1)D。当进气口位置为0°时，叶片的起始位置位于中心管外壁0°部位向后A角的位置，叶片的终止位置位于中心管外壁A角部位向前B包角的位置，其中A角为0°到30°，B角为150°到270°，即导向叶片可围绕中心管外壁旋转一周。螺旋叶片的设置可以加快含尘气体在中心管外壁的流速，减少灰尘在中心管外壁的沉积，减少中心管外壁的结焦，同时，螺旋叶片可以固定部分已生成的焦块，防止焦块脱落堵塞料腿，提高旋风分离器运行的稳定性。

所述称重传感器放置于筒体外壁的吊耳正下方，可以称取整个旋风分离的重量并将重量信号送至电控系统。由于称重传感器工作于高温工况下，进料口、中心管出口和料腿出口均设置金属波形膨胀节，减少与旋风分离器相连其他设备因壁温不同产生的热膨胀差，降低它们的轴向载荷，从而减少其他设备与旋风分离器之间的温差应力，提高了称重传感器工作的准确性。

所述电控系统可以读取称重传感器的数据，并发送控制信号至下料控制器，下料控制器可以有不同的开度来控制物料的下落的速度，调控储料仓内的料位高度，从而保证料腿内的物料高度，达到动态料封的效果，从而实现绝氧或缺氧的要求。

所述破拱助流清堵器设置于储料仓的外壁，数量为3-6个，可以向储料仓内间歇鼓入高压氮气，疏通储料仓的物料，达到储料仓内物料持续流动的效果，降低了物料在储料仓内堆积结焦的风险，提高动态料封的可靠性和稳定性。

本发明所取得的有益效果为：

(1)本发明旋风分离器在筒体外部设置称重传感器，在锥体下部设置储料仓，在储料仓下部设置下料控制器，通过称重传感器的信号来控制下料控制器的开度，储料仓内储存的物料为下料提供缓冲时间，使料腿内的料位高度保持在一个合理范围内，在保证分离器的分离效率的前提下，实现分离器的动态料封，提供绝氧环境；

(2)本发明旋风分离器在储料仓外部增设破拱助流器，当储料仓内出现起拱现象或者下料不通畅时向储料仓内鼓入高压氮气，疏通物料，防止物料堵塞后结焦；

(3)本发明旋风分离器的中心管外壁采用了螺旋结构，通过设置螺旋叶片加大了含尘气体在中心管外壁的流速，减少了粉尘颗粒在中心管外壁的沉积与结焦，防止结焦后焦块掉落堵塞料腿，保证旋风分离器的长周期安全运行。

附图说明

图1为本发明的主视示意图；

图2为本发明的俯视示意图；

图3为中心管的局部示意图；

图4为图3的A-A向剖视图。

图中：1、进料口；2、筒体；3锥体；4、储料仓；5、料腿；6、下料控制器；7、中心管；8、称重传感器；9、电控系统；10、破拱助流清堵器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种能动态料封的抗结焦旋风分离器，包括进料口1、筒体2、锥体3、储料仓4、料腿5、下料控制器6、中心管7、称重传感器8、电控系统9、破拱助流清堵器10等。

所述进料口1形状可为圆形、梯形或矩形。进料口1与筒体2为切向连接，高温含尘热解气从进料口1切向进入筒体2内部，在筒体2内部产生外涡流。外涡流是以螺旋模式从筒体2的顶部沿锥形渐缩部分到锥体3的底部处的窄端区域旋转的高速气体流动。高温热解气中的含尘颗粒捕集于此，借助重力作用高温物料落入储料仓4，洁净热解气产生内涡流，向上流动并通过布置在筒体2的顶部处的中心管7，离开旋风分离器。内涡流布置在外涡流内并与外涡流同轴。

所述筒体2为一圆柱形筒体，带有上顶盖，材质为碳钢，筒体2内径为D，高度为3D，厚度为8mm。较大的高径比增加了含尘气流在筒体2内的停留时间和旋转次数，不仅提高了旋风分离器的分离效率，而且使储料仓4内的返混气流在上升过程中起到二次再分离的效果。

所述锥体3为圆锥型筒体，材质为碳钢，厚度为8mm，锥体3与筒体2通过碳钢法兰相连接。

所述储料仓4包括一个圆柱形筒体和圆锥形筒体，材质为碳钢，厚度为8mm，与锥体3焊接连接。如果没有储料仓4，在操作条件波动时，料腿5内物料流动不稳定，容易被磨穿，物料返混至锥体2内，导致旋风分离器效率下降，同时料封被破坏，达不到绝氧或缺氧环境。而储料仓4储存的物料具有一定的调节作用，能够使料腿5内的料位保持相对稳定，在提高旋风分离器效率的同时，保持旋风分离器运行的稳定性。

所述料腿5为圆管，材质为碳钢，厚度为8mm，与储料仓4焊接连接。料腿5的长度为4m，可以通过料腿5内物料的料封实现绝氧密封环境。

所述筒体2、锥体3、储料仓4和料腿5的内壁均设有衬里。衬里结构分为三层，最外层(工作层)配置材料为耐磨浇注料，厚度140mm；中间层配置材料为轻质浇注料，厚度80mm；最内层配置材料为硅酸铝纤维板，厚度80mm。

如图3所示，所述中心管7为圆管，材质310S不锈钢，直径为0.5D，位于筒体2的上顶盖中心处，插入上顶盖深度为0.8D，与筒体2同轴设置。中心管7的外壁有3-5片平行的螺旋叶片，叶片的宽度为0.1D。当进气口位置为0°时，叶片的起始位置位于中心管7外壁0°部位向后A角的位置，叶片的终止位置位于中心管7外壁A角部位向前B包角的位置，其中A角为30°，B角为180°。螺旋叶片的设置可以加快含尘气体在中心管7外壁的流速，减少灰尘在中心管7外壁的沉积，减少中心管7外壁的结焦，同时，螺旋叶片可以固定部分已生成的焦块，防止焦块脱落堵塞料腿，提高旋风分离器运行的稳定性。

所述称重传感器8放置于筒体2外壁的吊耳正下方，可以称取整个旋风分离的重量并将重量信号送至电控系统9。由于称重传感器8工作于高温工况下，进料口1、中心管7出口和料腿5出口均设置金属波形膨胀节，减少与旋风分离器相连其他设备因壁温不同产生的热膨胀差，降低它们的轴向载荷，从而减少其他设备与旋风分离器之间的温差应力，提高了称重传感器工作的准确性。

所述电控系统9可以读取称重传感器8的数据，并发送控制信号至下料控制器6，下料控制器6可以有不同的开度来控制物料的下落的速度，从而控制料腿5内的物料高度在一个合理的范围内，达到动态料封的效果，从而实现绝氧或缺氧的要求。

所述破拱助流清堵器10设置于储料仓4的外壁，数量为4个，可以向储料仓4内间歇鼓入高压氮气，疏通储料仓的物料，达到储料仓内物料持续流动的效果，降低了物料在储料仓4内堆积结焦的风险，提高动态料封的可靠性和稳定性。

一种能动态料封的抗结焦旋风分离器，其特征在于：包括进料口1、筒体2、锥体3、储料仓4、料腿5、下料控制器6、中心管7、称重传感器8、电控系统9、破拱助流清堵器10等。

所述进料口1形状可为圆形、梯形或矩形。进料口1与筒体2为切向连接，高温含尘热解气从进料口1切向进入筒体2内部，在筒体2内部产生外涡流。外涡流是以螺旋模式从筒体2的顶部沿锥形渐缩部分到锥体3的底部处的窄端区域旋转的高速气体流动。高温热解气中的含尘颗粒捕集于此，借助重力作用高温物料落入储料仓4，洁净热解气产生内涡流，向上流动并通过布置在筒体2的顶部处的中心管7，离开旋风分离器。内涡流布置在外涡流内并与外涡流同轴。

所述筒体2为一圆柱形筒体，带有上顶盖，材质为碳钢，筒体2内径为D，高度为(3-3.5)D，厚度为8-10mm。较大的高径比增加了含尘气流在筒体2内的停留时间和旋转次数，不仅提高了旋风分离器的分离效率，而且使储料仓4内的返混气流在上升过程中起到二次再分离的效果。

所述锥体3为圆锥型筒体，材质为碳钢，厚度为8-10mm，锥体3与筒体2通过碳钢法兰相连接。

所述储料仓4包括一个圆柱形筒体和圆锥形筒体，材质为碳钢，厚度为8-10mm，与锥体3焊接连接。如果没有储料仓4，在操作条件波动时，料腿5内物料流动不稳定，容易被磨穿，物料返混至锥体2内，导致旋风分离器效率下降，同时料封被破坏，达不到绝氧或缺氧环境。而储料仓4储存的物料具有一定的缓冲调节作用，当旋风分离器因操作条件波动暂时没有物料下落到储料仓4时，储料仓4内储存的物料可以在下料控制器6处于正常开度时，持续下落流动5-10分钟，使料腿5内的料位保持相对稳定，在提高旋风分离器效率的同时，保持旋风分离器运行的稳定性。

所述料腿5为圆管，材质为碳钢，厚度为8-10mm，与储料仓4焊接连接。料腿5的长度为3-5m，可以通过料腿5内物料的料封实现绝氧或缺氧环境。

所述筒体2、锥体3、储料仓4和料腿5的内壁均设有衬里。衬里结构分为三层，最外层(工作层)配置材料为耐磨浇注料，厚度130-150mm；中间层配置材料为轻质浇注料，厚度60-90mm；最内层配置材料为硅酸铝纤维板，厚度60-90mm。由于热解气中含有氯化氢等腐蚀性气体，在设计过程中，通过调节衬里不同材料的厚度，使筒体2、锥体3、储料仓4和料腿5的表面温度控制在氯化氢露点温度以上20℃，可以减少腐蚀性气体对旋风分离器的腐蚀，提高旋风分离器的耐磨性，增加运行周期。

所述中心管7为圆管，材质310S不锈钢，直径为(0.4-0.6)D，位于筒体2的上顶盖中心处，插入上顶盖深度为(0.5-1)D，与筒体2同轴设置。中心管7的外壁有3-5片平行的螺旋叶片，叶片的宽度为(0.05-0.1)D。当进气口位置为0°时，叶片的起始位置位于中心管7外壁0°部位向后A角的位置，叶片的终止位置位于中心管7外壁A角部位向前B包角的位置，其中A角为0°到30°，B角为150°到270°，即导向叶片可围绕中心管7外壁旋转一周。螺旋叶片的设置可以加快含尘气体在中心管7外壁的流速，减少灰尘在中心管7外壁的沉积，减少中心管7外壁的结焦，同时，螺旋叶片可以固定部分已生成的焦块，防止焦块脱落堵塞料腿，提高旋风分离器运行的稳定性。

所述称重传感器8放置于筒体2外壁的吊耳正下方，可以称取整个旋风分离的重量并将重量信号送至电控系统9。由于称重传感器8工作于高温工况下，进料口1、中心管7出口和料腿5出口均设置金属波形膨胀节，减少与旋风分离器相连其他设备因壁温不同产生的热膨胀差，降低它们的轴向载荷，从而减少其他设备与旋风分离器之间的温差应力，提高了称重传感器工作的准确性。

所述电控系统9可以读取称重传感器8的数据，并发送控制信号至下料控制器6，下料控制器6可以有不同的开度来控制物料的下落的速度，调控储料仓4内的料位高度，从而保证料腿5内的物料高度，达到动态料封的效果，从而实现绝氧或缺氧的要求。

所述破拱助流清堵器10设置于储料仓4的外壁，数量为3-6个，可以向储料仓4内间歇鼓入高压氮气，疏通储料仓的物料，达到储料仓内物料持续流动的效果，降低了物料在储料仓4内堆积结焦的风险，提高动态料封的可靠性和稳定性。